【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数控机床加工，具体涉及基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法。
技术介绍
1、对于自由曲面的数控加工，传统的方法主要是用球头刀在三坐标数控机床上完成的，随着计算机技术和数控技术的发展，为了克服球头刀加工效率低、加工质量差等缺点，提出了自由曲面的多坐标加工理论和加工方法，所谓多坐标加工是指三坐标联动以上的数控机床上完成的加工；
2、复杂曲面加工通常需要多次走刀才能完成，理论上只有经过刀具定位、刀路规划及干涉检测三个步骤，其无干涉刀具轨迹才可以生产，主要内容包括：
3、①确定刀具定位方法，在避免局部过切的前提下最大化加工带宽；
4、②确定刀路产生方法，计算走刀步长和行间距，在保证刀路连续性和光顾性的前提下最小化刀具路径总长度；
5、③避免刀具整体与工件曲面、夹具及工作台等的全局干涉。
6、需要强调的是，这三个方面并非独立的任务，它们彼此之间是密切相关的，实际中要全面考虑刀具定位、刀轴矢量光顾、刀路形态、刀路长度、加工参数、干涉避免以及机床运动特性等因素以获得最优效果，则面临极大困难，因此目前绝大多数刀具轨迹规划研究往往局限在其中几方面；
7、早期的曲面加工刀位算法都默认刀具和工件之间只有一个切触点，最通用五轴刀位算法是sturz算法，该算法指定刀具在工件曲面上一切触点并固定sturz角来定义刀轴方向，计算量小且稳定，一直是各种商用软件的核心算法，虽然此后出现一系列改进，但都没有摆脱刀具和工件一点切触的限制，导轨行间距小，效率较低，dams
8、上述各算法中除sturz算法外，都可对刀具姿态进行充分优化，属于实现每个刀位行宽最大化的宽行算法，但这些算法一行导轨上各刀位点最大行宽变化范围较大时，刀轨会发生不同程度的波动，这种刀心波动要求机床具备较高的加速度和较高的动态性能，或者机床最大加速度一定时不得不降低进给速度，这些不利于保证加工精度、提高效率和控制成本，本专利技术通过分析刀心波动的成因提出一种新的宽行加工刀位算法来优化铣刀在加工自由曲面时时的工艺参数，利用该算法可以显著提高宽行加工的刀轨光顺性水平。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，旨在解决现有技术中利用圆环形切削刃刀具实现五轴宽行加工刀轨生成算法在计算曲率突变曲面时存在刀心波动问题，不利于提高加工效率和保证加工质量，通过分析现有宽行加工算法刀位调整过程，其中行宽致波动量是由于相邻两刀位行宽大小不一致导致的刀心波动量，刀轴致波动量是由于曲面曲率变化导致刀具的旋转自由度变动产生的刀心波动量，虽然存在两者异号相抵的情况，但也存在同号时增大刀心波动的情况，鉴于问题复杂性，本专利技术在保证加工精度和无干涉前提下匹配刀具切削面和工件曲面以获得最大的加工宽度。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，其特征包括误差分布曲线，特征线到曲面的距离沿特征线的分布构成误差分布函数，以行宽最大为目标所优化的每个刀位误差分布函数为u型和w型；
4、w型和u型曲线分别选择特征线段中部的上级值点或下极值点作为刀具的初步定位点，并令该点沿着给定的刀具驱动线在曲面的参数线上移动；
5、当本行刀轨与上一行刀轨存在超差欠切区时，再调整刀具驱动线并通过迭代计算实现最小搭接量为零，实现精确的误差控制；
6、所述上级值点对应w型误差分布曲线，所述下极值点对应u型误差分布曲线；
7、所述误差分布曲线分为上控制线和下控制线，下控制线与水平坐标轴重合，上下控制线之间为控制误差带；
8、误差分布曲线的特征为一行刀轨上切触点定位时和端点定位时不同刀位的最优行宽所对应的误差分布曲线。
9、本专利技术的中点误差优化控制方法步骤如下：
10、步骤1，以圆环刀具t加工自由曲面s(u，v)设置刀具定位，所述圆环刀具环心圆π的半径为r，刀具的小圆半径为r，最大允许欠切误差为δ；
11、步骤2，所述r为曲面上的刀具驱动线，设p1是r上的工件第一参考点，设α为刀具在p1走刀方向的单位矢量，n为曲面在p1的单位法矢，在p1点沿着该点处曲面法矢n取点c2，它的位置为：rp1＝rp1+(r+δ)n；
12、步骤3，所述第一参考点参数值p1(u，v)，给定p1处曲面的最小主曲率方向λmin，以λmin和α夹角为基准，确定刀具旋转角范围
13、步骤4，在范围内用格点法给定刀具第二坐标系绕e3的旋转角完成刀具预定位；
14、设e1＝α，e3＝n，e2＝e3×e1
15、则(e1，e2，e3)构成刀具第二参考系，所述刀具剩余绕x，y，z 坐标轴的转动自由度；
16、步骤5，根据所述w型特征线中点定位在控制误差带，所述刀具绕e1转动导致该点附近刀具产生欠切现象，故增加约束使c2为与s(u，v)法向偏置距离为(r+δ)n曲面的切触点，此时刀具绕e2，e3的2转动自由度完成最终定位；
17、步骤6，调整绕新坐标系e2′轴转动的前倾角θk，使刀具与曲面相切，得出此时刀具姿态(rak，raxisk)和加工行宽bk；
18、步骤7，重复步骤6得到范围内最大行宽bk＝max(b)的最优刀具姿态。
19、进一步地，所述转动自由度可同时调整也可顺次调整，为方便所有自由度的旋转都能产生直观的几何意义，该刀具自由度的调整顺序为：
20、1)刀具先绕e3轴旋转φ(旋转角)，得到新的刀具坐标系(e2′，e2′，e3)；
21、2)刀具再绕e2′旋转θ(前倾角)，得到新的坐标系(e2′，e2′，e3′)；
22、3)令a＝(1，0，0)t，则刀心点在工件坐标系下坐标ra和刀轴矢量rx为
23、
24、式中ra——p1在工件坐标系下的位置矢量
25、m(θ，e3)——刀具绕e3旋转φ的变换矩阵
26、m(θ，e2′)——刀具绕e2′旋转θ的变换矩阵
27、进一步地，所述曲面上所有点的曲率最大值为
28、
29、构造距离为r的等距面s1，则圆环刀具与原始曲面s的相对关系可以等效为刀具环心圆曲线与s1的相对关系，s2是相对于s1且距离为h的等距面，其中h 为曲面精加工后允许的最大残余高度，该曲率实现的步骤如下：
30、步骤1，由s2上的p、λmin、λmax和n可以确定局部直角坐标系，根据空间几何知识得到刀具环心圆曲线在该局部坐标系中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，其特征在于：包括误差分布曲线，特征线到曲面的距离沿特征线的分布构成误差分布函数，以行宽最大为目标所优化的每个刀位误差分布函数为U型和W型；
2.根据权利要求1所述的基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，其特征在于：本专利技术的中点误差优化控制方法步骤如下：
3.根据权利要求2所述的基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，其特征在于：所述转动自由度可同时调整也可顺次调整，为方便所有自由度的旋转都能产生直观的几何意义，该刀具自由度的调整顺序为：
4.根据权利要求2所述的基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，其特征在于：本专利技术的刀轨和刀位规划的求解步骤如下：
【技术特征摘要】
1.基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，其特征在于：包括误差分布曲线，特征线到曲面的距离沿特征线的分布构成误差分布函数，以行宽最大为目标所优化的每个刀位误差分布函数为u型和w型；
2.根据权利要求1所述的基于数控机床铣刀加工自由曲面中点误差优化控制方法，其特征在于：本发明的中点误差优化控制方法步骤如下：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：范翕睿，范小康，
申请(专利权)人：河南智业科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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